Het is een spectaculair record: in het Solliance Solar Research programma is opnieuw een opbrengstgrens doorbroken bij pv-panelen. In het programma werkt ECN part of TNO samen met onder andere de TU/e en het Japanse Choshu Industry aan de gecombineerde toepassing van perovskiet zonnecellen met silicium zonnecellen in een zogeheten tandemmodule. Tegelijk werkt ECN part of TNO in Petten aan een siliciumtechnologie die aan beide zijden zonlicht kan omzetten. Door deze twee technologieën te combineren is een tandemzonnecel ontwikkeld met een rendement van 30,2 procent. Dit is een belangrijke doorbraak, omdat de omzetting van licht naar elektriciteit ongeveer een derde beter is dan bij veelgebruikte zonnecellen.
De combinatie van verschillende soorten zonnecellen in een tandemmodule maakt een beter energie-omzettingsrendement mogelijk dan wat haalbaar is met slechts één celtype. Dankzij de combinatie van een cel die geoptimaliseerd is voor hoge-energiefotonen in blauw licht, met een andere geoptimaliseerde cel voor lage-energiefotonen met rood licht, kan meer elektrische energie uit zonlicht worden gehaald. Bovendien zet dit concept het licht om wat op beide zijden van de module.
Verbeterde omzetting
Reguliere silicium zonnecellen hebben een rendement dat varieert van 19 tot 22 procent, met uitschieters tot 25 procent. Om het rendement boven de theoretisch maximale rendementsgrens van 29,4 procent te krijgen, hebben de onderzoekers technologieën gecombineerd. Het team heeft een nieuw ontwikkelde perovskiet-zonnecel op een industriële tweezijdig werkende siliciumzonnecel geplaatst en deze weten te integreren in een nieuw celontwerp dat licht van beide kanten oogst: een tweezijdig werkende tandemzonnecel.
Tweezijdig werkende PV-panelen zijn al commercieel verkrijgbaar in Nederland. Ze zijn onder meer toegepast in het recentelijk opgeleverde project Solar Highways. In vrijstaande toepassingen, waaronder grote zonnevelden, wordt met tweezijdige zonnecellen de elektriciteitsproductie verhoogt door gereflecteerde en diffuse licht uit de omgeving. Tussen de 10 en 30 procent meer energie kan er zo worden opgewekt ten opzichte van de opbrengst van conventionele panelen. Omdat het invallende licht aan de voor- en achterzijde van het paneel van nature varieert in de loop van de dag en van seizoen tot seizoen, wordt het ontwerp van tweezijdig werkende tandemcellenaangepast om dit aan te kunnen.
Nog verder verhogen
Solliance wil de komende drie tot vijf jaar het rendement nog verder omhoog zien te brengen tot 35 procent. Ter vergelijking: een enkel op silicium gebaseerde cel, onder gelijke omstandigheden, levert een equivalent rendement op van slechts 26 procent. ‘Het bereiken van de 30 procent-drempel is de eerste belangrijke mijlpaal in de ontwikkeling van de tweezijdig werkende tandem’, vertelt Gianluca Coletti – Program Manager Tandem Technology bij ECN part of TNO. ‘Ons volgende doel is om te werken aan de schaalbaarheid, integratie en betrouwbaarheid van deze technologie. We willen de time-to-market verkorten en daarom werken we samen met onze partners om deze gereed te maken voor massaproductie.’
